III. C�MO SABEMOS QUE EST� ALL�

LA CARACTER�STICA de la radiaci�n que m�s dificulta su comprensi�n es que es invisible. Sus efectos no se sienten de inmediato a menos que sea de muy alta intensidad; sin embargo, algunos de estos efectos pueden aflorar con el tiempo. Entonces puede uno estar expuesto a radiaci�n sin saberlo y posteriormente podr�n sentirse o no sus efectos, de acuerdo con las condiciones de la irradiaci�n. Por ejemplo, cuando uno se saca una radiograf�a no se siente absolutamente nada. Las dosis recibidas en las radiograf�as en general son tan peque�as y espor�dicas que el paciente no sufre efectos posteriores. Las personas que est�n expuestas a radiaciones m�s frecuentemente deber�n vigilar que no sea excesiva la exposici�n, pues a veces los efectos pueden aparecer muchos a�os despu�s.

El que la radiaci�n sea invisible la coloca en una categor�a de riesgos que requieren algunos cuidados especiales. Por ejemplo, al gas combustible, normalmente incoloro e inodoro, se le a�ade una substancia que le da un olor caracter�stico y as� poder detectar fugas. Cuando se supo de la existencia de los microorganismos pat�genos se tomaron las precauciones de desinfectar los alimentos y de evitar otros tipos de contagio. En fin, muchas cosas a las que estamos acostumbrados, como el humo del tabaco (por cierto, �ste si es visible y oloroso), pueden tener efectos nocivos a largo plazo, por lo que, si se han identificado, conviene tomar medidas inmediatas para evitar problemas posteriores. En esta categor�a podemos ubicar a la radiaci�n ionizante; por lo tanto necesitamos idear modos de saber d�nde est� y en qu� cantidad.

Ya sabemos que la radiaci�n afecta a la materia, produciendo principalmente ionizaci�n de sus �tomos. Entonces es l�gico pensar que si uno logra ver esa ionizaci�n puede darse cuenta de que all� hubo una radiaci�n. Por lo tanto, es importante conocer c�mo la radiaci�n interacciona con la materia, pues esto nos permitir� dise�ar adecuadamente los detectores.

Cada tipo de radiaci�n interacciona con la materia de modo distinto, dependiendo tambi�n de su energ�a y del material en que incide. Sin embargo, en t�rminos generales podemos decir que las radiaciones producen los siguientes fen�menos:

a) Teniendo en cuenta que cualquier materia consiste s�lo de n�cleos y electrones, las radiaciones chocan con ellos al azar. Como hay Z veces m�s electrones que n�cleos, es mucho m�s probable que las radiaciones se encuentren con electrones que con n�cleos, y por lo tanto la ionizaci�n predomina.

b) Transmiten energ�a al material. Esta energ�a casi siempre es inicialmente en forma de ionizaci�n, pero los efectos secundarios terminan por calentar el material como lo hacen una estufa o un horno. Una radiaci�n aislada, por ejemplo una part�cula a, produce un calentamiento min�sculo (alrededor de 10^-13 calor�as), por lo que para sentir su calor se necesitan muchas radiaciones.

c) Ionizan o excitan a los �tomos que se encuentran en su camino. Despu�s de esto hay dos efectos secundarios. Por un lado, el �tomo que queda ionizado se recombina o desexcita emitiendo rayos X, rayos ultravioleta, luz visible o electrones, cuyas radiaciones a su vez pueden ionizar. Por otro lado, los electrones secundarios emitidos, algunas veces llamados rayos delta, tambi�n tienen suficiente energ�a para ionizar. Parte de la energ�a de la radiaci�n original se distribuye a varios otros agentes que podernos llamar radiaci�n secundaria. Estas radiaciones secundarias siempre tienen menos energ�a que la primaria, pero su interacci�n con la materia es cualitativamente igual, por lo que su importancia al afectar el material es grande (v�ase la Fig. 7).

Figura 7. Ejemplo de una ionizaci�n y sus productos: electr�n energ�tico y fot�n.

d) En algunos casos pueden desplazar �tomos de su lugar. Estos �tomos, al moverse, tambi�n producen efectos secundarios; pero lo m�s importante es que al alejarse dejan un sitio vac�o, o vacancia, en la red cristalina. Adem�s, deben detenerse en alg�n otro lado, generalmente una posici�n intercalada en la red, llamada intersticial. Estos defectos que produce el desplazamiento at�mico en los cristales pueden alterar las propiedades de los s�lidos de manera importante (v�ase la Fig. 8).

Figura 8. Ejemplo de un desplazamiento at�mico que produce una vacancia y un intersticial.

e) Los �tomos ionizados o desplazados pueden dar lugar a reacciones qu�micas, las cuales dependen de la configuraci�n electr�nica de los �tomos participantes.

Habiendo visto en general qu� sucede cuando las radiaciones penetran en la materia, examinemos cada tipo de radiaci�n, para as� poder seleccionar en cada caso el detector m�s apropiado.

En primer lugar vale la pena agrupar protones, part�culas a, iones pesados en general y productos de fisi�n. Todos ellos se caracterizan por tener carga positiva y masa grande, por lo menos 1 840 veces mayor que la de los electrones. As� pues, al cruzar velozmente un material donde predominan los electrones, es como si una bala de ca��n atravesara una regi�n llena de pelotas de ping-pong. El proyectil va golpeando a los electrones, pero sin cambiar sensiblemente su trayectoria original, y s�lo despu�s de muchos de estos choques va perdiendo su energ�a hasta detenerse (v�ase la Fig. 6). Su trayectoria es esencialmente una l�nea recta. Su longitud depende de su energ�a inicial y de la densidad de la materia; por ejemplo, protones de 1 MeV y de 100 MeV en aluminio viajan, respectivamente, 15 micras y 3.7 cm; en gas nitr�geno estos alcances son de 2.4 cm y 72 m.

Pensemos en un experimento de transmisi�n como el de la figura 9. Se hacen incidir radiaciones en n�mero N₀ sobre un absorbedor de grueso x. Atr�s de �l se coloca un detector que cuenta N radiaciones. En nuestro caso de protones u otras part�culas del mismo grupo, si el absorbedor es delgado (x peque�o) todas las No part�culas que llegan lo atraviesan y son contadas (N = N₀). Si el espesor es mayor que el alcance de las part�culas, no pasa ninguna, y N = 0. Resulta la gr�fica de la figura 10a. Cuando la part�cula original pierde toda su velocidad, se detiene dentro del material, y se constituye entonces en una impureza, un �tomo extra�o, implantado a cierta profundidad. La presencia de estos �tomos extra�os en ciertas cantidades puede modificar las propiedades del material.

Figura 9. Experimento de transmisi�n de radiaciones. El n�mero de radiaciones absorbidas es N₀ - N, y depende del espesor X del absorbedor.

Ahora vayamos a un segundo grupo de radiaciones, que incluye a los electrones y las part�culas b. Al chocar �stos con la materia es como si fueran pelotas de ping-pong sobre otras iguales, por tener los proyectiles la misma masa que los electrones at�micos. Ahora los proyectiles pueden ser rebotados y pueden cambiar de direcci�n notablemente en un solo choque, por lo que su trayectoria es en zig-zag; incluso pueden retrodispersarse y salir del material, como lo indica la figura 11. Sus alcances no son todos iguales, y resultan bastante mayores que los del grupo anterior. El experimento de transmisi�n con estos proyectiles se muestra en la figura 10b. El alcance de electrones de 1 MeV en aluminio es aproximadamente de l.5 mm, o sea, 100 veces m�s que el de protones de la misma energ�a

Figura 10. Curvas de transmisi�n de diferentes radiaciones. La curva a) corresponde a protones y part�culas a, la b) a electrones y part�culas b, y la c) a rayos X y g.

Figura 11. Ejemplos de trayectorias de electrones al incidir sobre un material.

En el tercer grupo vamos a incluir los rayos X y los rayos g. �stos sufren principalmente tres efectos: el efecto fotoel�ctrico, el efecto Compton y la formaci�n de pares (v�ase la Fig. 12). Cuando sucede el efecto fotoel�ctrico el fot�n (X o g) transfiere toda su energ�a a un electr�n del material; esta energ�a se usa por una parte para liberar al electr�n y por otra para darle velocidad. Si sucede el efecto Compton, la energ�a del fot�n original se reparte entre un electr�n del material y un nuevo fot�n m�s d�bil. Por �ltimo, si la energ�a del fot�n original es mayor que 1.02 MeV, puede suceder la formaci�n de pares, en que el fot�n se transforma en par electr�n-positr�n (e^-, e⁺ ).

Figura 12. Las tres maneras principales en que los rayos X y los rayos g interaccionan con la materia. En los tres casos se producen electrones energ�ticos.

Es de notarse que en los tres efectos el fot�n original desaparece y se crean electrones energ�ticos. Son estos electrones secundarios los que luego producen la mayor�a de la ionizaci�n del material. Los rayos X o g pueden atravesar bastante material antes de sufrir alguno de estos tres efectos, por lo que su penetraci�n es grande. En un experimento de transmisi�n se obtiene la curva de la figura 10c, que es una curva exponencial. Obedece a la f�rmula

N = N₀ e^-mx

donde m se llama coeficiente de absorci�n y e es la base de los logaritmos naturales. Cada material tiene diferente coeficiente de absorci�n, dependiendo tambi�n de la energ�a de los fotones absorbidos. En el caso de rayos g de 1 MeV que inciden sobre aluminio se necesitan 4.3 cm de aluminio para reducir la intensidad inicial No a la mitad, y otro tanto para reducirla a una cuarta parte. En cambio si el material fuese plomo, N₀ se reduce a la mitad con s�lo 0.88 cm, a causa de su alta densidad.

Finalmente, vayamos al cuarto grupo, que en realidad s�lo abarca un tipo de part�cula, los neutrones. Recordemos que �stos no tienen carga el�ctrica, as� que no pueden interaccionar con los electrones del material, sino s�lo con los n�cleos y cuando el choque es de frente. Esto hace que sean muy raros los choques de los neutrones, por lo que su penetraci�n es grande al igual que en el caso anterior. Cuando un neutr�n llega a chocar con un n�cleo, rebota como una bola de billar. En el rebote el neutr�n pierde parte de su energ�a, y el n�cleo con que choc� la adquiere, transform�ndose �ste en un ion pesado que ioniza al material en su camino (v�ase la Fig. 13). Por lo tanto, tambi�n en este caso la ionizaci�n se debe a efectos secundarios.

Figura 13. Esquema de la dispersi�n de un neutr�n por un n�cleo, el cual adquiere energ�a cin�tica.

Cuando hay un solo rebote, la curva de transmisi�n tambi�n es exponencial, y, como ejemplo t�pico, se necesitan 2.7 cm de concreto para reducir la intensidad inicial N₀ de neutrones a la mitad. Sin embargo, la historia no termina all�, pues el neutr�n puede volver a chocar con otros n�cleos, perdiendo algo de energ�a en cada choque hasta que su velocidad es tan peque�a como la de los mismos �tomos del material. Estos neutrones lentos se llaman t�rmicos, y pueden mantenerse alg�n tiempo en el material hasta que son absorbidos casualmente por los n�cleos, o decaen en un prot�n, un electr�n y un neutrino.

Para dar una perspectiva de conjunto, en la figura 14 se presenta un resumen esquem�tico de la interacci�n de radiaciones de los cuatro grupos con un material.

Figura 14. Resumen de c�mo los distintos tipos de radiaci�n interaccionan con la materia.

Adem�s de estos procesos que se llevan a cabo individualmente, hay procesos colectivos donde desempe�a un papel importante el hecho de que en un s�lido se tiene una estructura cristalina. Los �tomos est�n alineados en ciertas direcciones y planos caracter�sticos de cada estructura. La radiaci�n se puede reflejar en estos planos preferentemente cuando su separaci�n guarda cierta relaci�n con la longitud de onda de la radiaci�n y con su �ngulo de incidencia. Esta relaci�n se llama Ley de Bragg, y está dada por la f�rmula

nl = 2d sen q

siendo d la separaci�n entre planos cristalinos, l la longitud de onda, q el �ngulo de reflexi�n y n un n�mero entero. Este fen�meno, llamado difracci�n, se ha empleado mucho para estudiar la estructura cristalina de los s�lidos, usando como proyectiles rayos X, electrones y neutrones.

Otro efecto colectivo es la llamada canalizaci�n. Si la direcci�n de la radiaci�n incidente coincide casualmente con una direcci�n cristalina, encontrar� canales por los cuales puede viajar grandes distancias sin encontrar obst�culos.

Todos estos conceptos de c�mo la materia frena a las radiaciones, pero a su vez sufre efectos, forman la base para el dise�o de detectores de radiaci�n, lo cual veremos a continuaci�n. Sin embargo, antes conviene hacer alguna reflexi�n de c�mo la penetraci�n de las distintas radiaciones constituye una de sus propiedades m�s �tiles. El ejemplo que salta a la vista es la radiograf�a, que muestra la sombra que deja la distinta penetraci�n de los rayos X en diferentes tejidos. Usando las leyes de paso por la materia, pueden seleccionarse las condiciones para tener mayor contraste en la radiograf�a, como son el voltaje de excitaci�n, la densidad N₀, la geometr�a y paralelismo de los rayos, el tipo de placa fotogr�fica y su revelado, y la distancia del tubo al objeto y de �ste a la placa. Desde luego, al comprar un aparato de rayos X estas condiciones ya fueron dadas por el fabricante, de modo que su empleo pueda hacerse en forma rutinaria. Otro ejemplo importante es la radioterapia, en que es necesario irradiar cierta zona del paciente, afectando lo menos posible al resto del cuerpo.

Como usos no m�dicos podemos mencionar la medici�n de niveles de fluidos en tanques cerrados, viendo la diferencia de penetraci�n de las radiaciones por arriba y por debajo del nivel; la localizaci�n de oclusiones en tuber�as cerradas, midiendo a trav�s de la pared de la tuber�a el lugar donde se detiene una fuente de radiaci�n; la esterilizaci�n de grandes vol�menes de material mediante un haz de radiaci�n

No olvidemos tambi�n que en cualquier lugar en que se emplea radiaci�n es necesario blindar al personal adecuadamente, y protegerlo de niveles que pueden ser letales. En este caso, es primordial el estudio cuidadoso del tipo de radiaci�n, su energ�a y penetraci�n, el material del blindaje, su densidad y espesor, la distancia de la fuente de radiaci�n y los efectos indirectos.

Todo esto pone de manifiesto la necesidad de detectar las radiaciones y medir su intensidad, y la importancia de escoger apropiadamente el detector para la radiaci�n particular que se desea observar. Por ejemplo, querer detectar rayos g con un detector para part�culas a podr�a ser un grave error, pues uno puede estar en un campo muy intenso de radiaci�n sin que el detector registre nada en virtud de su insensibilidad. Hay que insistir en la importancia de que la radiaci�n s�lo sea empleada por personal calificado para poder identificar y clasificar los problemas.

Las radiaciones que hemos mencionado tienen muy poca energ�a; por tanto, no nos dar�amos cuenta de ellas, sin ayuda adicional. Los detectores de radiaci�n aprovechan alg�n efecto para intensificarla y as� hacerla m�s notable. Con esta idea se han desarrollado muchos tipos diferentes de detector. Una manera de clasificarlos es separarlos en dos grupos: los de registro permanente y los de se�al instant�nea. Cada uno tiene su utilidad propia, pues son tan diversos los requisitos para detectores como diferentes usos hay de la radiaci�n.

Comencemos con el primer grupo, y de ellos con la emulsi�n fotogr�fica. Su importancia hist�rica es grande, pues as� se descubrieron la radiactividad, el radio y los rayos X. Su funcionamiento se basa en que el efecto que produce la radiaci�n en la pel�cula es el mismo que produce la luz. Todo mundo ha visto en una radiograf�a la imagen que dejan los rayos X. Tambi�n puede usarse la emulsi�n para grabar el paso de radiaciones espec�ficas, por ejemplo, part�culas a o protones. La figura 15 muestra los trazos dejados por protones y part�culas a en una pel�cula fotogr�fica. Los dos�metros personales m�s comunes para registrar la radiaci�n que recibe el personal son peque�as placas fotogr�ficas con absorbedores para clasificar el tipo de radiaci�n y medir su intensidad. El personal que trabaja con radiaci�n siempre debe llevar uno consigo. Es claro que hay que revelar la pel�cula para obtener la informaci�n, y esto puede ser una desventaja por el tiempo que toma. Por otro lado, una vez revelada la pel�cula, no se puede volver a usar.

Figura 15. Trazos dejados por protones de 2.5 MeV de energ�a en una emulsi�n fotogr�fica. Los trazos tienen una longitud de 40 micras, por lo cual s�lo pueden verse con microscopio.

En realidad hay muchos compuestos que, como la emulsi�n fotogr�fica, sufren cambios apreciables al ser irradiados, y los efectos son visibles aun sin un revelado. La magnitud de estos cambios depende de la dosis de radiaci�n recibida. El cambio que m�s se aprovecha en el empleo de estos materiales como dos�metros es la coloraci�n o la densidad �ptica (absorci�n de luz), y se debe a reacciones qu�micas que producen nuevos compuestos. Un dos�metro muy empleado es el llamado Fricke, que consiste en una soluci�n de sulfato amonio-ferroso en agua y �cido sulf�rico. La radiaci�n transforma los iones ferrosos en f�rricos, con el consiguiente cambio �ptico que se mide en un espectrofot�metro.

Otro m�todo de registro permanente para detectar part�culas a, protones, o productos de fisi�n es el llamado de trazas. Hay algunas substancias, como el vidrio, la mica, y algunos pl�sticos, que sufren da�os en su estructura al pasar las part�culas. Si posteriormente son atacadas con reactivos qu�micos apropiados, afloran los puntos da�ados por ser m�s fuerte el ataque qu�mico en ellos. Estos pueden verse con un microscopio o a simple vista si se les somete a una intensificaci�n posterior. Gracias a su propiedad de retener la informaci�n, los detectores de trazas se han usado con �xito para medir peque�as dosis de radiaci�n. Son muy �tiles para medir la radiaci�n ambiental. Hay que advertir, sin embargo, que son insensibles a rayos X y g, y tambi�n a electrones. La figura 16 muestra las trazas producidas por varias part�culas a en un pl�stico.

Figura 16. Trazas de part�culas a en un pl�stico. El ataque qu�mico tiene lugar sobre todo en la zona da�ada por las part�culas; se producen entonces marcas visibles.

Hay otro m�todo de detectar radiaci�n durante largos periodos y en peque�as cantidades, llamado de termoluminiscencia (TL). Existen ciertos cristales, como el fluoruro de litio, que al recibir radiaci�n sus �tomos quedan excitados en estados que pueden tener vidas muy largas. Por lo tanto, parte de la energ�a de la radiaci�n ionizante queda almacenada en ellos, acumul�ndose esta energ�a a medida que es expuesto el cristal. La manera de liberar la energ�a es calentar el cristal, con lo cual se desexcitan los �tomos y emiten luz. La cantidad de luz emitida es proporcional a la dosis de radiaci�n recibida. Los cristales termoluminiscentes tambi�n se usan como dos�metros personales, y tienen la ventaja de que una vez que emitieron la luz almacenada, pueden volver a usarse como dos�metros, repiti�ndose el ciclo varias veces. Ciertos materiales, siendo termoluminiscentes, pueden almacenar energ�a durante siglos. Se han usado para determinar edades, por ejemplo, de cer�micas. Al calentarse una vasija, tal vez hace muchos a�os, se desexcita, y pierde toda energ�a previamente almacenada; por lo tanto, de ese momento en adelante inicia un ciclo de absorci�n de radiaci�n. Si uno luego mide la desexcitaci�n y conoce o puede estimar la rapidez con que el objeto recibi� radiaci�n, se puede de all� calcular el tiempo durante el cual se acumul�, y por lo tanto la edad del artefacto. El m�todo se ha empleado, por ejemplo, para determinar edades de algunas cer�micas de Teotihuacan y de Cholula.

El electroscopio se usa como dos�metro personal para medir dosis acumuladas. Al cargarse el electroscopio con una fuente de voltaje, un elemento m�vil, que es una fibra de cuarzo, se coloca en una posici�n determinada. Al recibir radiaci�n, la ionizaci�n ayuda a descargarlo, y la fibra se desplaza, lo cual se observa con ayuda de una lente. El desplazamiento depende de la cantidad de radiaci�n recibida.

Los detectores que hemos descrito hasta aqu� se caracterizan porque acumulan durante un tiempo la informaci�n sobre la radiaci�n, y luego mediante alg�n m�todo se pone de manifiesto. El segundo grupo de detectores proporciona la informaci�n en el instante de recibirse la radiaci�n.

Uno de �stos es la c�mara de niebla. Es un recipiente que contiene un vapor sobreenfriado, por ejemplo de alcohol, que se condensa con gran facilidad. El sobreenfriamiento se logra por una expansi�n s�bita con un �mbolo, o bien enfriando con nitr�geno l�quido. Al pasar una part�cula, el vapor se condensa en los iones producidos, formando gotitas en la trayectoria de la part�cula, con lo cual la vuelve visible durante un instante mientras se difunden las gotitas. La trayectoria se puede ver a simple vista, y si se sincroniza una c�mara para tomar una fotograf�a en el instante que se produce, se puede tener un registro permanente de los eventos.

Otro detector semejante es la c�mara de burbujas. En �sta se tiene un l�quido a punto de hervir, en que se forman burbujas con cualquier perturbaci�n; generalmente se usa hidr�geno liquido. Se escoge un liquido transparente para poder ver las burbujas formadas en la trayectoria completa de la radiaci�n, y tambi�n generalmente se toman fotograf�as de los eventos. Con la c�mara de burbujas se pueden ver trayectorias de part�culas de muy alta energ�a, lo cual no es posible con otros m�todos.

Entre los detectores de respuesta instant�nea est�n los de gas, que incluyen las c�maras de ionizaci�n, los contadores proporcionales y los detectores de Geiger-M�ller. Todos ellos funcionan porque el gas que contienen se ioniza repentinamente al pasar una radiaci�n. Si se le aplica un alto voltaje, los iones y los electrones producidos por la ionizaci�n se dirigen a los electrodos. Los iones positivos se dirigen al c�todo, y los electrones al �nodo, lo cual produce un pulso el�ctrico muy corto que luego puede amplificarse y analizarse. Con las c�maras de ionizaci�n se intenta recolectar todas las cargas producidas en el gas. Entonces el tama�o del pulso depende del n�mero de iones producidos y, por lo tanto, de la energ�a de la radiaci�n. Este detector tiene por eso una doble utilidad: saber el instante en que lleg� la radiaci�n y conocer su energ�a.

El contador proporcional es semejante a la c�mara de ionizaci�n, pero se le aplica un voltaje m�s alto, de modo que los iones y electrones, al viajar hacia los electrodos, vuelven a producir ionizaci�n, y los nuevos iones y electrones contribuyen tambi�n al pulso el�ctrico (v�ase la Fig. 17). De esta manera se logra una amplificaci�n del pulso que se produce, y su tama�o resulta proporcional a la energ�a de la radiaci�n.

Figura 17. Esquema de la operaci�n de un contador proporcional o Geiger-M�ller. Las cargas producidas por la ionizaci�n se multiplican en su trayecto hacia los electrodos.

En el contador de Geiger-M�ller se aplica un voltaje todav�a m�s alto, y los pulsos son muy grandes, de modo que necesitan poca amplificaci�n posterior. Sin embargo, se pierde la proporcionalidad del pulso, as� que s�lo es un indicador de que hay radiaci�n, pero no da informaci�n sobre su energ�a. Los contadores Geiger se usan mucho en monitores port�tiles por su relativa sencillez. Se conectan a una aguja indicadora o a una bocina. La figura 18 muestra uno de estos monitores port�tiles.

Otro detector de respuesta instant�nea aprovecha el peque��simo destello que produce la radiaci�n en ciertas substancias fluorescentes. Si se coloca una pantalla fluorescente en presencia de radiaci�n en la obscuridad, y si uno permite unos minutos para que la vista se haga sensible, se pueden ver los destellos. De all� se deriva el contador de centelleo, que consta de un material fluorescente y transparente, ya sea s�lido (v. gr., ioduro de sodio o antraceno) o l�quido, y debe estar a obscuras. El destello que produce la radiaci�n se transforma en una peque�a corriente el�ctrica en un material que emite electrones cuando le llega luz. Luego esta corriente es amplificada para dar un pulso el�ctrico; el dispositivo que se encarga de esto se llama foto multiplicador. El tama�o de los pulsos producidos es proporcional a la intensidad del destello y, por lo tanto, a la energ�a de la radiaci�n.

El detector m�s usado en la actualidad es el llamado de estado s�lido. Consiste en un cristal de silicio o de germanio que contiene impurezas que le permiten conducir electricidad. La radiaci�n incidente produce ionizaci�n, y as� libera cargas m�viles que se pueden recolectar en un par de electrodos. Se parece su operaci�n a la de una c�mara de ionizaci�n, excepto que, en vez de suceder en un gas, las cargas se desplazan dentro de un cristal s�lido. Tambi�n en estos detectores se tiene informaci�n sobre la energ�a de la radiaci�n. Se usan de silicio para detectar part�culas cargadas y rayos X; de germanio para rayos g.

Figura 18. Contador Geiger port�til de lectura directa en la car�tula.

En general no se pueden detectar todos los tipos de radiaci�n con cualquier detector, aunque todos �stos a fin de cuentas operan con la ionizaci�n producida. Cada tipo de detector tiene cierta utilidad, y habr� que cuidar que se use el apropiado. Hay ciertas reglas sencillas que se aplican a esta selecci�n. Por ejemplo, los detectores de gas necesitan un recipiente cerrado y sellado, por lo que las part�culas a o los protones de baja energ�a no se pueden detectar, pues no logran atravesar la pared. Por otro lado, para detectar rayos g es preferible un detector s�lido a uno de gas, porque la densidad del material determina la eficiencia del detector; de todos modos es posible que los rayos g atraviesen el detector sin dispararlo. Cada detector tiene sus limitaciones. En el cuadro 4 se resume la utilidad de algunos detectores.

Cuadro 4. Usos de los diferentes detectores de radiaci�n.

detector	uso principal
placa fotográfica	rayos X, b, electrones
trazas	a, productos de fisión
termoluminiscencia (TL)	a, b, electrones
electroscopio	b, electrones
cámara de niebla	a, protones, electrones
cámara de burbujas	protones de alta energía
gas	b, electrones
centelleo	g, rayos X
estado sólido (barrera superficial)	a, protones, deuterones
estado sólido (difundido)	g, rayos X

 

El observar neutrones requiere de t�cnicas especiales porque no ionizan directamente. Pueden sufrir choques o reacciones nucleares, impartiendo parte de su energ�a a otras part�culas, y luego �stas ionizan. Por lo tanto, la estrategia para ver neutrones es poner en el detector una substancia que cause muchos choques o reacciones y convierta as� los neutrones en radiaci�n ionizante. Por ejemplo, un detector de gas que contenga hidr�geno hace que los neutrones choquen con frecuencia; en cada choque un prot�n (hidr�geno) recibe un golpe y retrocede, lo cual ioniza el gas. Tambi�n se usan detectores de centelleo ricos en hidr�geno, como ciertos pl�sticos, para producir el mismo efecto. En algunos detectores se introduce especialmente una substancia que produce reacciones nucleares con los neutrones. Por ejemplo, en un detector con BF₃ como gas se produce la reacci�n ¹⁰B (n, a)⁷Li; as� se detecta la part�cula a. Un detector con un recubrimiento interno de uranio produce fisiones al recibir los neutrones; se detectan, pues, los productos de fisi�n. Casi cualquier detector puede usarse para neutrones si se le agrega un convertidor a radiaci�n ionizante.

La electr�nica moderna ha permitido un manejo muy complejo de los pulsos el�ctricos que producen los detectores (v�ase la Fig. 19), o tal vez se podr�a decir que la necesidad de manejar informaci�n en experimentos nucleares tuvo mucho que ver con el desarrollo de la electr�nica moderna, incluyendo el uso de computadoras. He aqu� una lista de algunas operaciones que pueden llevarse a cabo con los pulsos, y que ayudan a conocer c�mo se comporta tanto la radiaci�n como la materia con que choca.

Figura 19. Sistema electr�nico de procesamiento de los pulsos provenientes de detectores nucleares; incluye amplificadores, digitalizadores, escaladores, un analizador de altura de pulsos y una computadora.

a) Se pueden contar en gran cantidad, hasta millones por segundo.

b) Se pueden amplificar hasta que tengan el tama�o requerido para usos especiales.

c) Se pueden registrar en coincidencia, o sea, s�lo cuando dos detectores distintos dan pulsos simult�neos.

d) Se puede medir el intervalo entre dos pulsos, por ejemplo, el tiempo que tarda una radiaci�n en llegar de uno a otro detector.

e) Se puede analizar el tama�o de los pulsos, que depende de la energ�a de la radiaci�n, lo cual da por resultado un espectro de energ�as como el de la figura 20.

f) Se pueden analizar al mismo tiempo los pulsos de muchos detectores, sacando de cada uno de ellos la informaci�n m�s relevante.

Figura 20. Ejemplo de un espectro de energ�as de una clase de radiaci�n. Los picos corresponden a ciertas energ�as caracter�sticas.

El desarrollo de detectores de radiaci�n es una de las principales ramas de la tecnolog�a nuclear, ha resultado ser una actividad muy compleja, muy minuciosa y fundamental para la investigaci�n de la naturaleza. La figura 21 muestra la gran riqueza de informaci�n que se puede obtener de un detector adecuadamente dise�ado. Se trata de una c�mara de 300 000 cm³ que contiene gas ne�n y helio a presi�n atmosf�rica y temperatura ambiente. Cuando llega el haz de un acelerador (por la izquierda) y choca con un blanco, se producen muchas radiaciones, cada una de las cuales deja una estela de ionizaci�n. Para poder tomar la fotograf�a, la ionizaci�n se intensifica con un pulso de 700 000 voltios. Adem�s est� colocada la c�mara dentro de un im�n que hace que las part�culas positivas se curven hacia abajo y las negativas hacia arriba. Los datos sobre la reacci�n nuclear producida se extraen del grueso de los trazos, de su curvatura y de su posici�n.

Figura 21. Fotograf�a de una reacci�n nuclear. El haz de protones de un acelerador llega por la izquierda y choca con un blanco met�lico. Se produce gran cantidad de radiaciones, cuyo an�lisis detallado nos dice c�mo es el n�cleo.